1.1 寒冷地区压缩空气管道需要保温的必要分析

目前水泥厂常用的螺杆式空压机排气温度在40℃左右，排气压力在0.5～0.8MPa，此时的压缩空气中的水蒸气一般是饱和状态，然后通过空气干燥机，将压缩空气露点降低，使其在后续温降过程中不析出水，避免因环境温度低导致水在用气点孔径小的管路里结冰堵塞管路造成生产事故。目前寒冷地区压缩空气干燥机一般都采用效果好的微热吸附式干燥机，压缩空气理论露点能降到零下40℃。但在实际生产过程中，因干燥机介质更换不及时、干燥机压缩空气理论处理量小于实际通过量等问题，在寒冷地区水泥厂冬季生产中，即便采用了微热吸附式干燥机，还是会经常出现压缩空气管道用气点析出水结冰后堵塞管路的现象。

故为了彻底避免寒冷地区压缩空气管道用气点结冰堵塞问题，一个是在压缩空气源头即空压机站就把压缩空气温度降到比室外环境温度还低，这样就能保证在整个压缩空气输送管路中不会有水析出，但这个方案的投资及运行成本决定了这个方案几乎是不可能的；另一个是对从空压机站至各用气点的压缩空气管道进行外保温甚至是电伴热，保证整个压缩空气输送管路中的温度不会低于水的“冷凝点”，这个方案投资及运行成本低，适合寒冷地区水泥厂压缩空气系统设计。

1.2 寒冷地区压缩空气管道保温设计的计算方案

为了简化计算过程，我们将复杂的从空压机站至各用气点的压缩空气输送过程中的换热过程理解为简单的管路散热过程，采用距空压机站最远端用气点进行核算，管道散热量按照“水泥厂工艺设计手册上生产管路中的管道保温热损失参考”进行估算，热源考虑压缩空气自身温度、管路电伴热及用气点车间内采暖对压缩空气管道的局部加热，热量平衡示意图见图1。根据计算结果分析各热源对压缩空气用气点温度的影响、指导压缩空气管道保温设计过程、总结设计经验，根据生产实际情况验证该计算方法的准确性。

图1 寒冷地区压缩空气管道热量平衡示意图

2.1 设计条件

压缩空气出空压机站时的温度约40℃，冬季生产时室外环境最低温度约-30℃，空压机站至最远用气点距离约1000m，电伴热功率约20W/m，用气点车间采暖后室内温度约15℃。

2.2 各热量分项计算

各热量分项计算见表1。

表1 各热量分项计算

2.3 计算结果

(1)当压缩空气管道全程保温，但不采取电伴热及用气点车间采暖时，该项目压缩空气在用气点处温度为-7℃。

(2)当压缩空气管道全程保温、压缩空气管道上全程采用电伴热时，该项目压缩空气在用气点处温度为3℃。

(3)当压缩空气管道全程保温、压缩空气管道上全程采用电伴热且对压缩空气用气点车间采暖时，该项目压缩空气在用气点处温度为4℃。

2.4 结果分析

由以上计算结果可知，在该项目压缩空气管道输送过程中，对用气点处压缩空气温度影响最大的热源是压缩空气自身热量，其次是电伴热、最后是用气点车间采暖；

在寒冷地区压缩空气管道上是否需要保温、是否需要增设电伴热等措施是通过计算得出的，当计算出的压缩空气在用气点处温度低于“冷凝点”时，就需要设计管道保温甚至是增设电伴热等措施。

根据以上计算及分析结果，该项目决定对压缩空气管道全程保温、全程采用电伴热。

某水泥厂项目自2016年顺利投产至今没有出现过任何因压缩空气用气点管道内结冰堵塞的事故，压缩空气管道各排水点在冬季生产时运行正常，说明以上寒冷地区压缩空气管道保温设计流程可行。

(1)在寒冷地区的水泥厂冬季生产室外最低环境温度低于零下20℃时，就必须在压缩空气管道设计时考虑压缩空气管道保温设计；

(2)压缩空气管道电伴热每米功率低，压缩空气管道局部增加电伴热意义不大，故建议压缩空气管道保温设计增加电伴热时采用全程电伴热设计；

(3)用气点车间内采暖对压缩空气用气点处温度影响几乎可以忽略，且此措施投资大，故没有必要仅为了增加压缩空气在用气点处温度就对用气点整个车间或车间内局部进行采暖。

国内很少会遇到如此寒冷的水泥厂建设项目，就算是北方有极寒气候，大部分水泥厂也会在冬季因市场停产，之前我们没有对寒冷地区水泥厂压缩空气管道保温设计给予足够重视。随着我国水泥厂建设在国际市场的延伸，越来越多的极寒地区的水泥厂建设项目需要进行设计，在此过程中要充分考虑环境对压缩空气系统设计的影响，在设计过程中解决压缩空气管道保温问题，避免现场对压缩空气系统进行整改工作，保证项目冬季顺利稳定运行。